我国科学家
在镍基高温超导研究领域
再获重要突破
南方科技大学量子功能材料全国重点实验室、南方科技大学物理系、粤港澳大湾区量子科学中心、清华大学薛其坤-陈卓昱团队，与中国科学技术大学沈大伟团队等合作，近日在国际学术期刊《自然》发表最新研究成果：团队在极端氧化条件下，通过人工设计原子堆叠序列，成功创制出两种全新的常压镍基高温超导材料；与此同时，借助角分辨光电子能谱技术，研究人员识别出与超导态密切相关的关键电子能带结构，为揭示镍基高温超导机理提供了重要实验依据。
像“搭积木”一样
在原子层面设计并构造全新超导体
实现超导所必需的高氧化状态，与材料稳定生长所需要的条件彼此冲突。
针对这一难题，研究团队自主研发出“强氧化原子逐层外延”技术。该技术能够在超强氧化环境下，对材料生长过程进行原子级精准操控，使薄膜在生长过程中同时完成结构构建与充分氧化。这如同在纳米世界中，逐层搭建“原子积木”，科学家可以按照预先设计好的蓝图，精确排列镧、镨、镍等原子，从而构建出一系列高质量镍基氧化物薄膜。
凭借这一技术，团队先将此前发现的纯双层结构镍基薄膜的常压超导起始温度从45开尔文提升到63开尔文；随后，又按人工设计的原子堆叠方案，精确合成出三种全新的镍基超结构材料，其中两种材料在常压下实现了高温超导，起始转变温度分别达到50开尔文和46开尔文。这意味着，研究团队不仅提升了已知材料的性能，还进一步创制出自然界中原本不存在的新型超导材料。
“看清”超导电子的能量动量结构
为破解高温超导难题提供关键钥匙
研究团队将原子级精准结构控制与角分辨光电子能谱技术相结合，对四种不同堆叠结构的镍基氧化物薄膜开展系统比较研究。
角分辨光电子能谱可以直接观测材料中电子的能量和动量分布。研究发现，在能够超导的几种结构中，布里渊区顶角附近都存在一个由γ能带形成的费米口袋；而在不超导的结构中，这一关键特征并不存在。
这一发现从实验上表明了原子堆叠构型、电子能带与超导电性之间的关联，识别出了决定超导发生与否的“电子基因”，为揭示镍基高温超导的微观机制提供了明确的实验证据。
量子功能材料全国重点实验室（以下简称“实验室”）是本次研究的第一完成单位。该实验室由南方科技大学牵头，联合上海科技大学共同组建，于2024年获科技部批准建设。
实验室汇聚了一支由战略科学家领衔，170余人规模的高水平科研团队。核心成员包括2位中国科学院院士及90余位国家级高层次人才，45岁以下青年科研人员占比超过70%。
目前，实验室布局了四大优势研究方向：材料设计与计算、材料制备与调控、大科学装置与材料表征、材料功能与器件。
记者 / 谭诗靖
深视新闻综合自南方科技大学、央视新闻
排版 / 谭诗靖
审校 / 靳阳懿
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